Capa de RedDr. Víctor J

. Sosa

Capa de red

4-1

Computer N

etworking: A Top D

own Approach Featuring the Internet,

3rdy 4ta edition.

Jim Kurose, Keith Ross

Addison-W

esley.

Gran parte de este m

aterial es una traducción delCapítulo 4 del libro:

4. Capa de Red

�4. 1 Introducción

�4.2 Circuito virtual y redes de datagram

as�4.3 ¿qué hay dentro de un encam

inador?�4.4 IP: Internet Protocol

�4.5 algoritm

os de encam

inamiento

�Estado del enlace

�Vector distancia

�Encam

inamiento jerárquico

�4.6 Encam

inamiento en

Capa de red

4-2

�4.4 IP: Internet Protocol�Form

ato del datagrama

�Direccionam

iento IPv4 �ICM

P�IPv6

�4.6 Encam

inamiento en

Internet�RIP

�OSPF

�BGP

�4.7 Encam

inamiento por

Broadcasty m

ulticast

Objetivos:

�Entender

losprincipios

quesustentan

losservicios

delacapa

dered:

�Encam

inamiento

(selecciónde

camino)

�Form

ade

crecer(escalar)

Capa de red

4-3

�Form

ade

crecer(escalar)

�Cóm

otrabajan

losencam

inadores�Temasactuales:IPv6,m

obilidad�Revisar

suimplem

entaciónen

Internet

Video

Capa de red�Transporta paquetes desde

un emisor a un host receptor

�El em

isor encapsula los segm

entos dentro de datagram

as�El receptor entrega los segm

entos a la capa de transporte

network

data linkphysical

network

data linkphysical

network

data link

network

data linkphysical

network

data linkphysical

applicationtransportnetw

orkdata linkphysical

Capa de red

4-4

transporte�El protocolo de capa de red interviene en cada host y encam

inador�El encam

inador analiza la cabecera IP de todos los datagram

as que pasan a través de él.

network

data linkphysical

network

data linkphysical data link

physical

network

data linkphysical

applicationtransportnetw

orkdata linkphysical

Funciones básicas de la capa de red

�Retransm

isión(forwarding):

mover

paquetesdesde

laentrada

delencam

inadorauna

salidaapropiada

delmism

o.

�Encam

inamiento

(routing):determ

inalaruta

Capa de red

4-5

�Encam

inamiento

(routing):determ

inalaruta

tomada

porlos

paquetesdesde

elorigen

aldestino

�Algoritm

osde

encaminam

ientoAnalogía: pedir direcciones en una esquina de una ciudad (forw

arding)tener un m

apa de todo el trayecto (routing)

alg

orit. d

e

encam

inam

iento

tab

la lo

ca

l de

forw

ard

ing

valo

r cabecera

enla

ce s

alid

a

01

00

01

01

0111

10

01

3221

Interacción entre routing y forwarding

Capa de red

4-6

123

0111

Valo

r en la

cabecera

del p

aquete

Establecimiento de conexión

�Es una de las funciones m

ás importantes en algunas

arquitecturas de red:�ATM, fram

e relay, X.25

�Antes de que los datagram

as empiecen a fluir

entre dos host, los encaminadores que están entre

Capa de red

4-7

entre dos host, los encaminadores que están entre

ellos establecen una conexión virtual�Los encam

inadores se involucran

�Diferencia entre los servicios de conexión en las

capas de red y transporte:�Red:entre dos host

�Transporte:entre dos procesos

Modelo de servicio de red

Ejemplos de servicios para datagram

as individuales :�Envío garantizado

�Envío garantizado con m

enos de 40 mseg de

retardo.

Capa de red

4-8

Ejemplos de servicios para un flujo de datagram

as:�Envío de datagram

as en orden�Ancho de banda m

ínimo garantizado para el flujo

�Restricciones en los cam

bios en los espacios entre los paquetes

Modelos de servicio a nivel de red:

Arq

uitectu

ra d

e red

Inte

rne

t

AT

M

Mo

delo

de

Servicio

me

jor

esfu

erz

o

CB

R

Ba

nd

wid

th

nin

gu

na

tasa

co

nsta

nte

Pérd

ida

nosi

Ord

en

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Tim

ing

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Retro

alimen

tación

p

ara con

trol d

e co

ng

estion

¿ G

arantías

?

no (inferidovía pérdida)

sincongestión

Capa de red

4-9

AT

M

AT

M

AT

M

CB

R

VB

R

AB

R

UB

R

co

nsta

nte

tasa

g

ara

ntiz

ad

am

ínim

o

ga

ran

tiza

do

nin

gu

no

si

no

no

si

si

si

si

no

no

congestión

sincongestión

si

no

4. Capa de Red

�4. 1 Introducción

�4.2 Circuito virtual y redes de datagram

as�4.3 ¿qué hay dentro de un encam

inador?�4.4 IP: Internet Protocol

�4.5 algoritm

os de encam

inamiento

�Estado del enlace

�Vector distancia

�Encam

inamiento jerárquico

�4.6 Encam

inamiento en

Capa de red

4-10

�4.4 IP: Internet Protocol�Form

ato del datagrama

�Direccionam

iento IPv4 �ICM

P�IPv6

�4.6 Encam

inamiento en

Internet�RIP

�OSPF

�BGP

�4.7 Encam

inamiento por

Broadcast y multicast

Servicios con conexión y sin

conexión en la capa de red�Las redes de datagram

as proporcionan servicios sin conexión

�Las redes de CV proveen servicio con conexión a nivel de red

Capa de red

4-11

conexión a nivel de red�Análogo a los servicios en capa de

transporte, pero:�Servicio: host-a-host

�Sin elección: la red provee un servicio o el otro

�Implem

entación: en el núcleo

Circuitos Virtuales“el cam

ino del origen al destino se comporta m

uy parecido a los circuitos telefónicos”�Son consientes de la eficiencia

�Existen acciones de la red a lo largo del cam

ino de fuenteal destino

Capa de red

4-12

�Establecim

iento de llamada, antes de que los datos

empiecen a fluir.

�Cada paquete lleva un identificador de CV (sin dirección del host destino)

�Cada encam

inador en el camino de la fuente al destino

mantiene el “estado” para cada conexión

�Recursos del enlace y del encam

inador (bandwidth, buffers)

podrían ser asignados al CV

Implem

entación del CV

Un CV consiste de:1.

El camino de origen a destino

2.Números de CV, un núm

ero por cada enlace a lo largo del cam

ino3.

Entradas en las tablas de forwarding en los

encaminadores a lo largo del cam

ino

Capa de red

4-13

encaminadores a lo largo del cam

ino

�Un paquete que pertenece a un CV lleva un

número de CV.

�El núm

ero de CV debe ser cambiado en cada

enlace.�

El nuevo número de CV se obtiene de la tabla de

retransmisión

Tabla de Retransm

isión (forw

arding)

1222

32

12

3

número de CV

número de

interfaceTabla de forw

ardingen el encam

inador:

Capa de red

4-14

Incoming interface Incom

ing VC # O

utgoing interface Outgoing VC #

1 12 3 222 63 1 18 3 7 2 171 97 3 87… …

… …

Los encaminadores m

antienen información del estado!

Circuitos Virtuales: protocolos de señalización�Utilizados para establecer, m

antener, y terminar

el CV. �Utilizados en A

TM, fram

e-relay, X.25

�No utilizados en la Internet actual

Capa de red

4-15

applicationtransportnetw

orkdata linkphysical

applicationtransportnetw

orkdata linkphysical

1. Inicia llamada

2. Llamada entrante

3. Acepta llam

ada4. Llam

ada conectada

5. Inicia flujo datos6. Recepción de datos

Redes de datagramas

�Nohay

establecimiento

dellam

adaanivelde

red�Encam

inadores:no

mantienen

estadode

lasconexiones

extremo-extrem

o�Noexiste

elconcepto“conexión”

alniveldered

�Los

paquetesson

retransmitidos

utilizandola

direccióndelhost

destino

Capa de red

4-16

direccióndelhost

destino�Los

paquetescon

elmism

oorigen

ydestino

pudierantom

ardiferentes

caminos

applicationtransportnetw

orkdata linkphysical

applicationtransportnetw

orkdata linkphysical

1. Envío datos2. Recepción de datos

Tabla de retransm

isión

Rangodedireccio

nesdestin

ointerface

delenlace

11001000000101110001000000000000

hasta

0

11001000000101110001011111111111

4 billones* de entradas posibles

Capa de red

4-17

11001000000101110001100000000000

hasta

1

11001000000101110001100011111111

11001000000101110001100100000000

hasta

2

11001000000101110001111111111111

deotramanera

3

* El término billones no refiere al que usam

os en español, sino al utilizado por lalengua inglesa billions = 10

9.

Emparejam

iento con el prefijo más

largoEm

parejarcon

prefijoInterface

delenlace

110010000001011100010

0

110010000001011100011000

1

110010000001011100011

2

deotramanera

3

Capa de red

4-18

DirD

est: 11001000 00010111 00011000 10101010

Ejemplos

DirD

est: 11001000 00010111 00010110 10100001 ¿cuál interfaz?

¿cuál interfaz?

¿Redes de datagramas o CVs?

Internet�

Intercambio de datos entre

computadores

�Servicio “elástico”, sin

requerimiento estricto en

tiempo

�Sistem

as finales “inteligentes”

ATM

�Evolucionó de la telefonía

�Conversaciones entre hum

anos: �Estricto en el tiem

po, requerim

ientos de Capa de red

4-19

�Sistem

as finales “inteligentes” (com

putadoras)�Se puede adaptar, llevar

control, y recuperar de errores

�Se busca que el interior de

la red sea simple, se deja la

complejidad al contorno

�Muchos tipos de enlaces�Diferentes características

�Dificultades para un servicio

uniforme

requerimientos de

confiabilidad�Necesita de una

garantía de servicio�Sistem

as finales “tontos”�Teléfonos

�Se asum

e la complejidad

en el interior de la red

1.1

1.3

1.2

2.1

2.3

2.2

Red VC

A

B

C

Cada paquete lleva elnúm

ero del circuito virtualal que pertenece

El orden se respetaTodos los paquete quevan por un m

ismo VC

usan la mism

a ruta

Datagram

as vs Circuitos Virtuales

Capa de red

4-20

al que pertenece usan la m

isma ruta

B.1

B.3

B.2

C.1

C.3

C.2

Red Dgra

ms

A

BC

Cada datagramalleva la

dirección de destinoEl orden no siem

prese respeta

La ruta se elige deform

a independientepara cada datagram

a

4. Capa de Red

�4. 1 Introducción

�4.2 Circuito virtual y redes de datagram

as�4.3 ¿qué hay dentro de un encam

inador?�4.4 IP: Internet Protocol

�4.5 algoritm

os de encam

inamiento

�Estado del enlace

�Vector distancia

�Encam

inamiento jerárquico

�4.6 Encam

inamiento en

Capa de red

4-21

�4.4 IP: Internet Protocol�Form

ato del datagrama

�Direccionam

iento IPv4 �ICM

P�IPv6

�4.6 Encam

inamiento en

Internet�RIP

�OSPF

�BGP

�4.7 Encam

inamiento por

Broadcast y multicast

Arquitectura de un encam

inador

Dos funciones claves en el encam

inador:�Ejecutar algoritm

os/protocolos de enrutamiento (RIP, O

SPF,

BGP)

�Retransm

isión de datagramas del enlace de entrada al de salida

Puerto de entradaPuerto de salida

Capa de red

4-22

Puerto de entradaPuerto de salida

Módulo de

conmutación

Procesador de enrutado

Búsqueda,Retransm

i-sión

Procesamiento

de enlace de datos (protocolo, desencapsulación)

Term

inador de línea

Módulo de

conmutación

Encolado

Funciones del puerto de entrada

Capa física:Recepción a nivel de bit

Capa de red

4-23

Conm

utación d

esce

ntraliza

da:

�Dado el destino de un datagram

a, busca el puerto de salida utilizando la tabla de retransm

isión (forw

arding) en la memoria del puerto de entrada

(que es una copia local de la del procesador de enrutado)

�objetivo: com

pletar el procesamiento del puerto de

entrada a la velocidad de la línea�

Encolado: ocurre cuando la tasa de llegada de datagram

as es más rápida que el m

ódulo de conm

utación

Recepción a nivel de bit

Capa de enlace:e.g., Ethernet

Tres tipos de m

ódulos de conm

utación

Capa de red

4-24

Conmutación vía m

emoria

Encaminadores de prim

era generación:�com

putadoras tradicionales con conmutación bajo el

control directo del CPU�El paquete se copia a la m

emoria del sistem

a�La velocidad es lim

itada por el ancho de banda de la memoria (el datagram

a pasa 2 veces sobre el bus)

Capa de red

4-25

memoria (el datagram

a pasa 2 veces sobre el bus)Input

Port

Output

Port

Memory

System

Bus

Conmutación vía bus

�Los

datagramas

viajande

lamemoria

delpuertode

entradaala

memoria

delpuertode

salidavía

unbus

compartido

�Contención

delbus:lavelocidad

de

Capa de red

4-26

�Contención

delbus:lavelocidad

deconm

utaciónestá

limitada

porel

anchode

bandadelbus

�Ejem

plo:un

busde

1Gbps,

comoel

deCisco

1900:ofrece

suficientevelocidad

paraencam

inadoresde

accesoy

empresariales

(noregionales

obackbone)

Conmutación vía una red de

interconexión

�Trata con las lim

itaciones del ancho de banda del bus�Banyan netw

orks: Esquema de interconexión que fue

inicialmente desarrollo para conectar procesadores

(multiprocesadores)

�Cisco 12000: conm

uta hasta 60 Gbps a través de redes de

Capa de red

4-27

�Cisco 12000: conm

uta hasta 60 Gbps a través de redes de

interconexión�Diseño avanzado: fragm

entando datagramas de longitud

variable en “celulas” de longitud fija, conmutandolas a través

de la estructura de conmutación

Puertos de salida

Cola:Gestión de

buffers

Procesamiento

de enlace de datos

(protocolo, encapsulación)

Term

inador de línea

Módulo

de conm

utación

Capa de red

4-28

�Buffering:es requerido cuando los datagram

as provenientes del m

ódulo de conmutación llegan m

ás rápido que la tasa de transm

isión.�Se utilizan algunas

técnicas de planificación para tom

ar datagramas encolados y transm

itirlos

Manejo de colas en el puerto de

salida

Capa de red

4-29

�Seutiliza

unesquem

ade

bufferingcuando

latasa

dellegada

depaquetes

provenientesdel

conmutador

excedelavelocidad

delalínea

�Puede

ocurrirretrasos

(encolado)ypérdida

debidoaque

elbufferdelpuerto

desalida

sedesborda

Manejo de colas en el puerto de

entrada�La estructura de conm

utación es más lenta que los

puertos de entrada combinados -> en este caso se

utilizan colas en la entrada�Bloqueo H

OL (H

ead-of-the-Line):ocurre cuando un datagram

a al frente de la cola evita que otros detrás de él sigan adelante

Capa de red

4-30

de él sigan adelante

4. Capa de Red

�4. 1 Introducción

�4.2 Circuito virtual y redes de datagram

as�4.3 ¿qué hay dentro de un encam

inador?�4.4 IP: Internet Protocol

�4.5 algoritm

os de encam

inamiento

�Estado del enlace

�Vector distancia

�Encam

inamiento jerárquico

�4.6 Encam

inamiento en

Capa de red

4-31

�4.4 IP: Internet Protocol�Form

ato del datagrama

�Direccionam

iento IPv4 �ICM

P�IPv6

�4.6 Encam

inamiento en

Internet�RIP

�OSPF

�BGP

�4.7 Encam

inamiento por

Broadcast y multicast

La capa de red InternetFunciones de la capa de red

Protocolos de ruteo•Selección de cam

ino•RIP, O

SPF, BG

P

Protocolo IP•Convenciones de direccionam

iento•Form

ato de datagrama

•Convenciones para el manejo de

Capa de Transporte: T

CP, UDP

Capa de

Capa de red

4-32

Tabla de

retransmisión

•RIP, OSPF, BG

P•Convenciones para el m

anejo de paquetes

Protocolo ICMP

•Reporte de errores•señalización

Capa enlace

Capa física

Capa deRed

La ca

pa de re

d en Inte

rnet pue

de se

r vista

como una

colección d

e sub

redes

o sistemas a

utónomos, los cua

les se

encue

ntran inte

rconecta

dos.

�Noexisteunaestructurareal

Capa de red

4-33

�Estaformadadevariostroncales.

�Losbloquestroncalesestánformadospor

redesregionales,

porejemplo

lasredes

deuniversidades,compañías

ymuchos

proveedoresdeInternet.

�acio

nal

Rutea

dor IP

Líneas d

e Asia

troncal U

.Stro

ncal E

uropa

Líneas tra

satlá

ntica

Red Internet

Capa de red

4-34

Regional

1

IP Token Bus

Ethernet

C

D

Red S�A

�acio

nal

Rutea

dor IP

IP Token Ring

Tunnel

Lo que m

antie

ne unid

a a Inte

rnet e

s el protocolo

de la

capa de re

d : IP

��Su

Su

trabajo

trabajo

esesproporciona

rproporciona

runun

mejor

mejor

esfue

rzoesfue

rzopara

para

transporta

rtra

nsportar

tramas

tramas

dede

datos

datos

desde

desde

lalafue

ntefue

ntealal

destino

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sinsin

saber

saber

sisisese

encue

ntran

encue

ntranenenlala

mism

amism

ared

red,,oosisi

existe

nexiste

notra

sotra

sredes

redesdedeporpor

medio

medio..

��LaLacom

unicación

comunica

ciónenenInte

rnet

Interne

tsese

dadacom

ocom

osiguesigue

::

Capa de red

4-35

��LaLacapa

capa

dedetra

nsportetra

nsportetom

atom

aunun

caudal

caudaldededatos

datos

yyloslos

cortacorta

enen

segm

entos

segm

entos

dededatos

datos..

��LosLos

segm

entos

segm

entos

dede

datos

datos

enen

teoría

teoría

pueden

pueden

esta

resta

rarrib

aarrib

adede

64

64kbytes,

kbytes,

pero

pero

enenrealidad

realidadestá

nestá

nalre

dedor

alre

dedor

dede1500

1500bytes

bytes..

��Cada

Cada

segm

ento

segm

ento

eses

transm

itido

transm

itido

aatra

vés

través

de

de

Interne

tInte

rnet

fragm

enta

do

fragm

enta

doenenpeque

ñas

peque

ñasunid

ades

unidades

��Esta

sEsta

sunid

ades

unidades(pa

quetes)

(paque

tes)

alalllegar

llegaraa

lalamáquina

máquina

destino,

destino,

sonson

reagrupa

dos

reagrupa

dos

porpor

lalacapa

capa

dede

red

red

enen

loslos

segm

entos

segm

entos

dede

datos

datos

originales

originales..

CABECERA IP

Versió

nIH

LTipo de serv

icioLongitu

d to

tal

Iden

tificació

nDesp

lazamien

to del F

ragmen

to

Protocolo

Tiem

po de v

ida

Verifica

ción de C

abecera

DF

MF

Capa de red

4-36

Protocolo

Tiem

po de v

ida

Verifica

ción de C

abecera

Direcció

n F

uen

te

Direcció

n Destin

o

Opcio

nes (0

o m

ás p

alabras)

Formato de datagram

a IP

verlength

32 bits

16-bit identifierInternetchecksum

time tolive32 bit source IP address

Número de versión

de IPLong. cabecera

(bytes)

max núm

erode saltos restantes(decrem

entado en cada encam

inador)

Utilizados para

fragmentación/

rensamblaje

Longitud total del datagram

a (bytes)head.len

type ofservice

“tipo” de servicio (e.g. tiem

po real, telefonía, ftp, etc) flgs

fragment

offsetupperlayer

Capa de red

4-37

data (variable length,typically a T

CP or U

DP segm

ent)

cada encaminador)

Protocolo de nivel superior al que em

itirá sus datos

32 bit destination IP address

Options (if any)

E.g. timestam

p,Registro de ruta Tomadare, especifica

la lista de encaminadores

a visitar.Carga adicional que se

genera con TCP:

�20 bytes de T

CP�

20 bytes de IP�

= 40 bytes + carga del protocolo de aplicaciónE

l campo d

e opcione

s normalmente

tiene 5

opcione

s, pero no tod

os los ruteadore

s lo soporta

n.

��La opción La opción La opción La opción La opción La opción La opción La opción seguridad

seguridadseguridadseguridadseguridadseguridadseguridadseguridadespecifica como es el secreto de la

especifica como es el secreto de la especifica como es el secreto de la especifica como es el secreto de la especifica como es el secreto de la especifica como es el secreto de la especifica como es el secreto de la especifica como es el secreto de la

trama. En la práctica todos los enrutadores lo ignoran.trama. En la práctica todos los enrutadores lo ignoran.trama. En la práctica todos los enrutadores lo ignoran.trama. En la práctica todos los enrutadores lo ignoran.trama. En la práctica todos los enrutadores lo ignoran.trama. En la práctica todos los enrutadores lo ignoran.trama. En la práctica todos los enrutadores lo ignoran.trama. En la práctica todos los enrutadores lo ignoran.

��La opción de La opción de La opción de La opción de La opción de La opción de La opción de La opción de enrutamiento fuente estricto

enrutamiento fuente estrictoenrutamiento fuente estrictoenrutamiento fuente estrictoenrutamiento fuente estrictoenrutamiento fuente estrictoenrutamiento fuente estrictoenrutamiento fuente estricto, da la ruta

, da la ruta , da la ruta , da la ruta , da la ruta , da la ruta , da la ruta , da la ruta

completa desde el fuente al destino como una secuencia de completa desde el fuente al destino como una secuencia de completa desde el fuente al destino como una secuencia de completa desde el fuente al destino como una secuencia de completa desde el fuente al destino como una secuencia de completa desde el fuente al destino como una secuencia de completa desde el fuente al destino como una secuencia de completa desde el fuente al destino como una secuencia de direcciones IP.direcciones IP.direcciones IP.direcciones IP.direcciones IP.direcciones IP.direcciones IP.direcciones IP.

��La opción de La opción de La opción de La opción de La opción de La opción de La opción de La opción de enrutamiento libre desde el origen

enrutamiento libre desde el origenenrutamiento libre desde el origenenrutamiento libre desde el origenenrutamiento libre desde el origenenrutamiento libre desde el origenenrutamiento libre desde el origenenrutamiento libre desde el origen

requiere que requiere que requiere que requiere que requiere que requiere que requiere que requiere que

el paquete pase por la lista de enrutadores especificados y en el paquete pase por la lista de enrutadores especificados y en el paquete pase por la lista de enrutadores especificados y en el paquete pase por la lista de enrutadores especificados y en el paquete pase por la lista de enrutadores especificados y en el paquete pase por la lista de enrutadores especificados y en el paquete pase por la lista de enrutadores especificados y en el paquete pase por la lista de enrutadores especificados y en

Capa de red

4-38

el paquete pase por la lista de enrutadores especificados y en el paquete pase por la lista de enrutadores especificados y en el paquete pase por la lista de enrutadores especificados y en el paquete pase por la lista de enrutadores especificados y en el paquete pase por la lista de enrutadores especificados y en el paquete pase por la lista de enrutadores especificados y en el paquete pase por la lista de enrutadores especificados y en el paquete pase por la lista de enrutadores especificados y en orden, pero esta permitido pasar a través de otros orden, pero esta permitido pasar a través de otros orden, pero esta permitido pasar a través de otros orden, pero esta permitido pasar a través de otros orden, pero esta permitido pasar a través de otros orden, pero esta permitido pasar a través de otros orden, pero esta permitido pasar a través de otros orden, pero esta permitido pasar a través de otros enrutadores enrutadores enrutadores enrutadores enrutadores enrutadores enrutadores enrutadores

��La opción La opción La opción La opción La opción La opción La opción La opción ruta recorrida

ruta recorridaruta recorridaruta recorridaruta recorridaruta recorridaruta recorridaruta recorridale pide a los enrutadores recorridos

le pide a los enrutadores recorridos le pide a los enrutadores recorridos le pide a los enrutadores recorridos le pide a los enrutadores recorridos le pide a los enrutadores recorridos le pide a los enrutadores recorridos le pide a los enrutadores recorridos

agregar su dirección IP al campo opción.agregar su dirección IP al campo opción.agregar su dirección IP al campo opción.agregar su dirección IP al campo opción.agregar su dirección IP al campo opción.agregar su dirección IP al campo opción.agregar su dirección IP al campo opción.agregar su dirección IP al campo opción.

��La opción La opción La opción La opción La opción La opción La opción La opción marca de tiempo

marca de tiempomarca de tiempomarca de tiempomarca de tiempomarca de tiempomarca de tiempomarca de tiempoes igual que la opción ruta

es igual que la opción ruta es igual que la opción ruta es igual que la opción ruta es igual que la opción ruta es igual que la opción ruta es igual que la opción ruta es igual que la opción ruta

recorrida , excepto que además graba 32 bits de la marca de recorrida , excepto que además graba 32 bits de la marca de recorrida , excepto que además graba 32 bits de la marca de recorrida , excepto que además graba 32 bits de la marca de recorrida , excepto que además graba 32 bits de la marca de recorrida , excepto que además graba 32 bits de la marca de recorrida , excepto que además graba 32 bits de la marca de recorrida , excepto que además graba 32 bits de la marca de tiempo de cada enrutador.tiempo de cada enrutador.tiempo de cada enrutador.tiempo de cada enrutador.tiempo de cada enrutador.tiempo de cada enrutador.tiempo de cada enrutador.tiempo de cada enrutador.

Fragmentación y rensam

blaje de IP�

Ls enlaces en una red tienen un MTU (m

ax.transfer unit) –que

indica el tamaño m

áximo que puede

tomar un fram

e de la capa de enlace.�

Diferentes tipos de enlaces,

diferentes MTUs

�Los datagranas IP grandes son divididos (“fragm

entados”) dentro

fragmentación:

entrada:un datagrama grande

salida:3 datagramas pequeños

Capa de red

4-39

divididos (“fragmentados”) dentro

de la red�

Un datagram

a se convierte en varios

�El “rensam

blaje” ocurre en los sistem

as finales�

Se utilizan algunos bits de la

cabecera IP con el fin de identificar, ordenar fragm

entos relacionados

rensamble

Fragmentación y rensam

blaje de IP

ID=xoffset=0

fragflag=0

length=3980

IDoffset

fragflaglength

Un datagram

a grande se convierte enVarios datagram

as más pequeños

ejemplo

�Un datagram

a de 3980 bytes

�MTU = 1500 bytes

Capa de red

4-40

ID=xoffset=0

fragflag=1

length=1480

ID=xoffset=1480

fragflag=1

length=1480

ID=xoffset=2960

fragflag=0

length=1020

1480 bytes en el campo

De datos

4. Capa de Red

�4. 1 Introducción

�4.2 Circuito virtual y redes de datagram

as�4.3 ¿qué hay dentro de un encam

inador?�4.4 IP: Internet Protocol

�4.5 algoritm

os de encam

inamiento

�Estado del enlace

�Vector distancia

�Encam

inamiento jerárquico

�4.6 Encam

inamiento en

Capa de red

4-41

�4.4 IP: Internet Protocol�Form

ato del datagrama

�Direccionam

iento IPv4 �ICM

P�IPv6

�4.6 Encam

inamiento en

Internet�RIP

�OSPF

�BGP

�4.7 Encam

inamiento por

Broadcast y multicast

Direccionam

iento IP: introducción�

Dirección IP:identificador de

32-bits para la interface de hosts y encam

inadores�

interface:conexión entre host/encam

inador y el enlace físico�Los encam

inadores típicam

ente tienen

22

3.1

.1.1

22

3.1

.1.2

22

3.1

.1.3 2

23

.1.1

.42

23

.1.2

.9

22

3.1

.2.2

22

3.1

.2.1

22

3.1

.3.2

7

Capa de red

4-42

típicamente tienen

multiples interfaces

�El host norm

almente

cuenta con una interface�Las direcciones IP se asocian con cada interface

22

3.1

.3.2

22

3.1

.3.1

22

3.1

.1.1

= 1

10

11111

00

00

00

01

00

00

00

01

00

00

00

01

22

31

11

Formato de una IP

�Unadirección

IPtiene

32bits

�Secom

ponede

unnúm

erode

redyun

número

dehost

�Norm

almente

seexpresan

enform

atodecim

alseparado

porpuntos

Capa de red

4-43

Solicitud de una IP

�ARIN

(American Registry for Internet N

umbers)

maneja los núm

eros IPs�InterN

IC maneja los nom

bres de dominio

�NIC M

éxico: www.nic.m

x�Los núm

eros de hosts los asigna el administrador

estáticamente o dinám

icamente (D

HCP)

Capa de red

4-44

estáticamente o dinám

icamente (D

HCP)

Solicitud de una IP (Internacional)

�ARIN

Capa de red

4-45

Solicitud de una IP (Latinoam

erica)�LACN

IC (http://lacnic.net/sp/)

Capa de red

4-46

Solicitud de un dom

inio URI

�NIC-M

X (www.nic.m

x)

Capa de red

4-47

Clases de IPs�Clase

A:Com

ienzanen

0su

bit31

(más

significativo).(0-126).El127está

reservado�Clase

B:Com

ienzanen

10sus

bits31

y30.

(128-191)

�Clase

C:Com

ienzanen

110sus

bits31,

30y29

.(192-223)

Capa de red

4-48

.(192-223)

DIRECCIO

NES IP.

AAAABB

0�ETW

ORK

HOST

1 0

�ETW

ORK

HOST

HOST

1.0.0.0 a

127.255.255.255

128.0.0.0 a

191.255.255.255

Cada host y encaminador en Internet tienen una dirección IP, la cual

Cada host y encaminador en Internet tienen una dirección IP, la cual

codifica el número de red y su núm

ero de host.codifica el núm

ero de red y su número de host.

Capa de red

4-49

CCDDEE

1 1 0

�ETW

ORK

HOST

1 1 1 0

MULTIC

AST A

DDRESS

1 1 1 1 0

RESERVADA PARA USO FUTURO

192.0.0.0 a

223.255.255.255

224.0.0.0 a

239.255.255.255

124.0.0.0 a

247.255.255.255

Direcciones Privadas

�Las

direccionesprivadas

puedenser

utilizadaspor

hostsque

nose

conectana

Internetdirectam

ente.

Capa de red

4-50

Dirección de Red y Broadcast

�Una

IPque

termina

en0s

binariosen

todoslos

bitsde

hostse

reservapara

ladirección

dered.

�Unbroadcast

seproduce

cuandoun

origenenvía

datosatodos

losdispositivos

deuna

Capa de red

4-51

envíadatos

atodos

losdispositivos

deuna

red�Las

IPde

broadcastterm

inancon

1sbinarios

entoda

laparte

dela

direcciónque

correspondealhost

Subredes

�A

vecesse

necesitadividir

lared,

especialmente

unade

grantam

año,en

redesmáspequeñas

denominadas

subredes�La

razónprincipal

parausar

unasubred

esreducir

eltam

añode

undom

iniode

Capa de red

4-52

reducirel

tamaño

deun

dominio

debroadcast

Subredes

�Pero entonces hay que especificar la subred en los IPs

Capa de red

4-53

Subredes�Para

crearuna

direcciónde

subred,un

administrador

dered

pideprestados

bitsde

laparte

originalde

hostylos

designacom

ocam

pode

subred�Esto

seconoce

comoSubnetting

Capa de red

4-54

Estoseconoce

comoSubnetting

�La

cantidadmínim

ade

bitsque

sepuede

pedirprestada

es2

�Se

debendejar

porlo

menos

2bits

restantespara

elnúmero

dehost

Número de bits prestados

�El

número

debits

quese

vanapedir

prestadosdepende

de:�¿Cuantas

subredesquiero

crear?�¿Cuantas

direccionesde

hostquiero

porsubred?

Capa de red

4-55

subred?�Sedebe

tratarque

encontrarel

mejor

equilibrioentre

estosdos

factores,ya

quesiem

presepierden

direcciones

Máscara de S

ubred

�La

máscara

desubred

(término

formal:prefijo

dered

extendida),indica

cuáles

laparte

quecorresponde

alcampo

dered

ycuáles

laparte

quecorresponde

alcampo

dehost

Tiene

32bits

comouna

IP

Capa de red

4-56

�Tiene

32bits

comouna

IP�Las

porcionesde

redysubred

secom

ponende

1sylas

dehosts

de0s

Subnetting

�¿Com

o calcular la máscara de subred?

Capa de red

4-57

Subnet M

ask & Routing

�Para

enrutar,el

routerdebe

determinar

ladirección

desubred/red

destino�Seejecuta

unaoperación

ANDlógica

utilizandola

direcciónIP

yla

máscara

desubred

delhost

destino

Capa de red

4-58

destino

�Elresultado

seráladirección

dered/subred

Dire

cciones IP (R

esum

iendo)...

��La clase de form

ato A perm

iten hasta 126 redes con 16 La clase de form

ato A perm

iten hasta 126 redes con 16 millones de host cada una y así se pueden calcular para cada

millones de host cada una y así se pueden calcular para cada

clase . clase .

��Cientos de redes están conectadas a Internet y el núm

ero Cientos de redes están conectadas a Internet y el núm

ero se duplica cada año. El núm

ero de red es designado por el se duplica cada año. El núm

ero de red es designado por el NIC

NIC(N

etwork inform

ation center) para evitar conflictos.(Netw

ork information center) para evitar conflictos.

��Las direcciones de red, que son núm

eros de 32 bits están Las direcciones de red, que son núm

eros de 32 bits están usualm

ente escritas en notación decimal punteada. Cada uno

usualmente escritas en notación decim

al punteada. Cada uno

Capa de red

4-59

usualmente escritas en notación decim

al punteada. Cada uno usualm

ente escritas en notación decimal punteada. Cada uno

de los cuatro bytes esta escrito en decimal desde 0 a 255.

de los cuatro bytes esta escrito en decimal desde 0 a 255.

La dirección IP más baja es 0.0.0.0 y la m

ás alta es La dirección IP m

ás baja es 0.0.0.0 y la más alta es

255.255.255.255255.255.255.255

��El valor El valor 0 0 significa

significa esta redesta red

y el valor y el valor 11

es usado como la

es usado como la

dirección de dirección de difusión

difusiónpara indicar todos los host en la red.para indicar todos los host en la red.

��La dirección IP 0.0.0.0 es usado por los host cuando ellos La dirección IP 0.0.0.0 es usado por los host cuando ellos están siendo reinicializadosestán siendo reinicializados

Dire

cciones IP (R

esum

iendo)...

��La dirección La dirección IPIP

con con 00

como núm

ero de red se refiere a la com

o número de red se refiere a la

actual redactual red, estas direcciones perm

iten hacer referencia a su , estas direcciones perm

iten hacer referencia a su propia red sin saber su núm

ero. propia red sin saber su núm

ero. ��Las direcciones con un Las direcciones con un núm

ero de red propianúm

ero de red propiay y todos los todos los

números 1

números 1

en el campo del host perm

iten a las máquinas enviar

en el campo del host perm

iten a las máquinas enviar

paquetes a paquetes a cualquier lugar de Internet

cualquier lugar de Internet

Capa de red

4-60

��Todas las direcciones de la form

a Todas las direcciones de la form

a 127.xx.yy.zz127.xx.yy.zz

son reservadas son reservadas

para para pruebas de retroalim

entaciónpruebas de retroalim

entación, los paquetes que envían a , los paquetes que envían a

esa dirección no son colocados en el cable, son procesados esa dirección no son colocados en el cable, son procesados localm

ente y son tratados como paquetes entrantes. Esto

localmente y son tratados com

o paquetes entrantes. Esto perm

ite enviar los paquetes a la red local sin que el emisor

permite enviar los paquetes a la red local sin que el em

isor tenga conocim

iento de su número de red.

tenga conocimiento de su núm

ero de red.

Subredes

�Dirección IP:�Parte subred (bits de m

ás alto orden)

�Parte host (bits de bajo orden)

�Las subredes

en general se identifican por:

22

3.1

.1.1

22

3.1

.1.2

22

3.1

.1.3 2

23

.1.1

.42

23

.1.2

.9

22

3.1

.2.2

22

3.1

.2.1

22

3.1

.3.2

7

Capa de red

4-61

se identifican por:�Interfaces de dispositivos con la m

isma

parte de subred en la dirección IP

�Pueden com

unicarse mutuam

ente sin intervención de un encam

inador

22

3.1

.3.2

22

3.1

.3.1

La red consiste de 3 subredes

subred

Subredes

22

3.1

.1.0

/24

22

3.1

.2.0

/24

�Para determ

inar una subred, separam

os cada interface de su host o encam

inador, creando islas de redes aisladas. Cada red

Capa de red

4-62

22

3.1

.3.0

/24

aisladas. Cada red aislada es lo que llam

amos subred.

Mascara de subred: /24

Subredes

¿Cómo saber cuántos

nodos en cada subred?

Clasificación de las redes: A

,B,C, y D

22

3.1

.1.1

22

3.1

.1.3

22

3.1

.1.4

22

3.1

.1.2

22

3.1

.7.0

22

3.1

.9.2

Capa de red

4-63

22

3.1

.2.2

22

3.1

.2.1

22

3.1

.2.6

22

3.1

.3.2

22

3.1

.3.1

22

3.1

.3.2

7

22

3.1

.7.1

22

3.1

.8.0

22

3.1

.8.1

22

3.1

.9.1

Direccionam

iento IP: CIDR

CIDR:Classless InterD

omain Routing

�Una porción de longitud variable

de la dirección IP nos indica la subred.

�Form

ato de dirección: a.b.c.d/x, donde x es el #

de bits de la porción que representa la subred en la dirección IP.

Capa de red

4-64

de bits de la porción que representa la subred en la dirección IP.

11001000 0

0010111

00010000 0

0000000

partesubred

partehost

200.23.16.0/23

Formas de obtener una IP

P:¿Cómo un host obtiene una dirección IP?

�Registro de dirección hecha por un adm

inistrador del sistem

a en un archivo predefinido

Capa de red

4-65

del sistema en un archivo predefinido

�Wintel: control-panel->netw

ork->configuration->tcp/ip->properties

�UNIX: /etc/rc.config

�DHCP:D

ynamic H

ost Configuration Protocol: obtención dinám

ica de direcciones desde un servidor�“plug-and-play”

Formas de obtener una IP

P:¿cómo se obtiene la parte que representa a

la subred en la dirección IP?R:obteniendo la porción del espacio de direcciones que le fue asignado por su proveedor de servicios (IS

P)

Capa de red

4-66

proveedor de servicios (ISP)

Blo

que d

el IS

P 1

1001000 0

0010111 0

0010000 0

0000000 2

00.2

3.1

6.0

/20

Org

aniz

ació

n 0

11001000 0

0010111 0

0010000 0

0000000 2

00.2

3.1

6.0

/23

Org

aniz

ació

n 1

11001000 0

0010111 0

0010010 0

0000000 2

00.2

3.1

8.0

/23

Org

aniz

ació

n 2

11001000 0

0010111 0

0010100 0

0000000 2

00.2

3.2

0.0

/23

... ….. …

. ….

Org

aniz

ació

n 7

11001000 0

0010111 0

0011110 0

0000000 2

00.2

3.3

0.0

/23

Direccionam

iento jerárquico: congregación de rutas

“envíenme cualquier

200.23.16.0/23

200.23.18.0/23

Organización 0

Organizatión 1

El direccionamiento jerárquico perm

ite una publicación eficientede la inform

ación de encaminam

iento:

Capa de red

4-67

“envíenme cualquier

paquete cuya dirección empiece por

200.23.16.0/20”

200.23.18.0/23

200.23.30.0/23

ISP 1

Organización 7

Internet

ISP 2

200.23.20.0/23Organización 2

...

...

“envíenme cualquier

paquete cuya dirección empiece por

199.31.0.0/16””

Direccionam

iento jerárquico: rutas más específicas

“envíenme cualquier

200.23.16.0/23Organización 0

El ISP2 tiene una ruta m

ás específica para llegar a la organización 1:

Capa de red

4-68

“envíenme cualquier

paquete cuya dirección empiece por

200.23.16.0/20”

200.23.30.0/23

ISP 1

Organización 7

Internet

ISP 2

200.23.20.0/23Organización 2

...

...

“envíenme cualquier

paquete cuya dirección empiece por

199.31.0.0/16 o 200.23.18.0/23”

200.23.18.0/23Organizatión 1

Direccionam

iento IP: los niveles superiores

P:¿Cómo un IS

P obtiene un bloque de direcciones IP?

R:ICANN: Internet Corporation for A

ssigned Names and N

umbers

Capa de red

4-69

Names and N

umbers

�Asigna direcciones

�gestiona D

NS

�Asigna nom

bres de dominio, resuelve disputas

Direccionam

iento IP: Uso de N

ATs10.0.0.1

10.0.0.210.0.0.4

138.76.29.7

Red local(e.g., red casera)

10.0.0/24

resto deInternet

NAT: N

etwork A

ddress Translation

Capa de red

4-70

10.0.0.3

138.76.29.7

Lasdatagram

asmanejan

susdirecciones

origenydestinos

realesdentro

delared

(10.0.0/24)

Todoslos datagram

as que dejan la red local tienen la m

ismadirección

IP de origen representada por el NAT: 138.76.29.7,

Sólo que diferentes núm

eros de puertos

NAT: N

etwork A

ddress Translation

�Motivación:las redes locales son representadas por una dirección

IP de cara al mundo:

�No hay necesidad de que un IS

P les asigne un rango de direcciones: -

sólo se utiliza una IP para todos los dispositivos�Se pueden cam

biar las direcciones internas de los dispositivos pertenecientes a la red local sin necesidad de notificarlo al

Capa de red

4-71

pertenecientes a la red local sin necesidad de notificarlo al exterior.

�Se puede cam

biar de ISP sin cam

biar las direcciones internas ( de la red local) de los dispositivos

�Los dispositivos en el interior de la red local no son explícitam

ente direccionables (visibles) por el mundo exterior,

lo cual ofrece un plus en seguridad.

NAT: N

etwork A

ddress Translation

Implem

entación:un encaminador N

AT debe:

�Rem

plazardirección IP origen, #

de puerto de los datagram

as salientespor la dirección IP del N

AT, y

un nuevo puerto.. . . Los clientes/servidores rem

otos responderán utilizando la dirección del N

AT y el nuevo puerto

como dirección destino.

Capa de red

4-72

utilizando la dirección del NAT y el nuevo puerto

como dirección destino.

�Recordar (usando una tabla de traducción del N

AT)

cada dirección IP , # puerto original

�Rem

plazar en los datagramas entrantes la dirección

IP del NAT y el puerto nuevo por su correspondiente

dirección IP origen, y # puerto reales (alm

acenados en la tabla del N

AT)

NAT: N

etwork A

ddress Translation

10.0.0.1

S: 10.0.0.1, 3345

D: 128.119.40.186, 80

1:host 10.0.0.1 envía datagram

a a 128.119.40.186, 80

Tabla de traducción del N

AT

dir del lado WAN dir de lado LA

N

138.76.29.7, 5001 10.0.0.1, 3345…… …

…

2:router NAT

Cambia dir origen

de 10.0.0.1, 3345 a138.76.29.7, 5001,Actualiza la tabla

Capa de red

4-73

10.0.0.1

10.0.0.2

10.0.0.3

110.0.0.4

138.76.29.7S: 128.119.40.186, 80

D: 10.0.0.1, 3345

4

S: 138.76.29.7, 5001

D: 128.119.40.186, 80

2

S: 128.119.40.186, 80

D: 138.76.29.7, 5001

33:la contestaciónllega con dir destino:138.76.29.7, 5001

4: el route NAT

Cambia la dir del datagram

ade 138.76.29.7, 5001 a 10.0.0.1, 3345

NAT: N

etwork A

ddress Translation

�Utiliza un núm

ero de puerto de 16-bits: �

≈60,000 conexiones simultaneas utilizando una

sóla dirección de la LAN.

�El N

AT es controversial:

Los encaminadores debieran sólo procesar hasta

Capa de red

4-74

�Los encam

inadores debieran sólo procesar hasta capa 3

�Viola los argum

entos de extremo a extrem

o•El N

AT debe ser posiblem

ente tomado en cuenta por

los diseñadores de aplicaciones, e.g., aplicaciones P2P

�La escaces de direcciones IP m

ejor debiera ser resuelta utilizando IPv6

4. Capa de Red

�4. 1 Introducción

�4.2 Circuito virtual y redes de datagram

as�4.3 ¿qué hay dentro de un encam

inador?�4.4 IP: Internet Protocol

�4.5 algoritm

os de encam

inamiento

�Estado del enlace

�Vector distancia

�Encam

inamiento jerárquico

�4.6 Encam

inamiento en

Capa de red

4-75

�4.4 IP: Internet Protocol�Form

ato del datagrama

�Direccionam

iento IPv4 �ICM

P�IPv6

�4.6 Encam

inamiento en

Internet�RIP

�OSPF

�BGP

�4.7 Encam

inamiento por

Broadcast y multicast

ICMP: Internet Control M

essage Protocol

�Utilizado por los host y los

routers para comunicar

información de capa de red

�Reporte de errores: host, red, puerto, protocolo inalcanzableEm

isión de

Tip

oC

ódig

odescrip

ció

n

0 0

echo re

ply

(pin

g)

3 0

dest. n

etw

ork

unre

achable

3 1

dest h

ost u

nre

achable

3 2

dest p

roto

col u

nre

achable

3 3

dest p

ort u

nre

achable

Capa de red

4-76

�Em

isión de solicitud/respuesta de un eco (utilizado por el ping)

�Capa de red “arriba” de IP:�Los m

ensajes ICMP son

llevados en datagramas IP

�Mensaje ICM

P:contiene un tipo, código y los prim

eros 8 bytes del datagram

a IP que está causando problem

as

3 3

dest p

ort u

nre

achable

3 6

dest n

etw

ork

unknow

n

3 7

dest h

ost u

nkno

wn

4 0

sourc

e q

uench (c

ongestio

n

contro

l -not u

sed)

8 0

echo re

quest (p

ing)

9 0

route

advertis

em

ent

10 0

route

r dis

covery

11 0

TT

L e

xpire

d

12 0

bad IP

header

Traceroute e ICM

P

�Una fuente envía una serie

de segmentos U

DP a un

destino�El prim

ero tienen TTL =1

�El segundo T

TL=2, etc.

�Número de puerto

improbable

Cuando el nvodatagram

a

�Cuando el m

ensaje ICMP

llega, la fuente calcula el RTT

�El T

raceroute hace esto 3 veces

Criterio de paro�El segm

ento UDP llega al

Capa de red

4-77

improbable

�Cuando el n

vodatagrama

llega al nvorouter:

�El router desecha el datagram

a�Y le envía un m

ensaje ICM

P a la fuente (tipo 11, código 0)

�El m

ensaje incluye el nom

bre del router y la dir IP

�El segm

ento UDP llega al

host destino�El destino retorna un mensaje ICM

P diciendo “puerto inalcanzable” (tipo 3, código 3)

�Cuando la fuente recibe este m

ensaje, entonces para.

4. Capa de Red

�4. 1 Introducción

�4.2 Circuito virtual y redes de datagram

as�4.3 ¿qué hay dentro de un encam

inador?�4.4 IP: Internet Protocol

�4.5 algoritm

os de encam

inamiento

�Estado del enlace

�Vector distancia

�Encam

inamiento jerárquico

�4.6 Encam

inamiento en

Capa de red

4-78

�4.4 IP: Internet Protocol�Form

ato del datagrama

�Direccionam

iento IPv4 �ICM

P�IPv6

�4.6 Encam

inamiento en

Internet�RIP

�OSPF

�BGP

�4.7 Encam

inamiento por

Broadcast y multicast

IPv6�Motivación inicial:un espacio de direcciones

de 32-bits ya no es suficiente. �Motivación adicional:

�El form

ato de la cabecera ayuda a acelerar el procesam

iento y la retransmisión

Capa de red

4-79

procesamiento y la retransm

isión�La cabecera cam

bia con el fin de facilitar la calidad de servicio (Q

oS)

Formato de datagram

a IPv6:�Cabecera de 40 bytes de longitud fija

�No se perm

ite la fragmentación

Cabecera IPv6 Priority:

identifica la prioridad de los datagramas

Flow label:identifica datagramas que estén en el

mism

o “flujo.” (el concepto de flujo aún no es muy claro).

Next header:identifica el protocolo de capa superior

Capa de red

4-80

Otros cam

bios de IPv4

�Checksum

:eliminado totalm

ente con el fin de reducir el tiem

po en cada salto�Options:perm

itido, pero fuera de la cabecera, indicado por el cam

po “Next

Header”

Capa de red

4-81

cabecera, indicado por el campo “N

ext Header”

�ICM

Pv6:nueva versión de ICMP

�Tipos de m

ensajes adicionales, e.g. “Packet Too

Big”�Funciones para gestión de grupos m

ulticast

Transición de IPv4 a IPv6

�No se pueden actualizar todos los routers de

manera sim

ultanea�¿Cóm

o operará la red con una mezcla de

encaminadores con IPv4 y IPv6?

Tunneling:el IPv6 será llevado como carga útil

Capa de red

4-82

�Tunneling:el IPv6 será llevado com

o carga útil en IPv4 al pasar entre encam

inadores IPv4.

TunnelingA

BE

F

IPv6IPv6

IPv6IPv6

tunnelVista lógica:

Vista física:A

BE

F

IPv6IPv6

IPv6IPv6

CD

IPv4IPv4

Flujo: XFlujo: X

Src:B

Src:B

Capa de red

4-83

Flujo: Xorig: ADest: F

datos

Flujo: XOrig: A

Dest: F

datos

Flujo: XOrig: A

Dest: F

datos

Src:B

Dest: E

Flujo: XOrig: A

Dest: F

datos

Src:B

Dest: E

A-a-B:IPv6

E-a-F:IPv6

B-a-C:IPv6 dentro

IPv4

B-a-C:IPv6 dentro

IPv4

Tunneling

Capa de red

4-84

4. Capa de Red

�4. 1 Introducción

�4.2 Circuito virtual y redes de datagram

as�4.3 ¿qué hay dentro de un encam

inador?�4.4 IP: Internet Protocol

�4.5 algoritm

os de encam

inamiento

�Estado del enlace

�Vector distancia

�Encam

inamiento jerárquico

�4.6 Encam

inamiento en

Capa de red

4-85

�4.4 IP: Internet Protocol�Form

ato del datagrama

�Direccionam

iento IPv4 �ICM

P�IPv6

�4.6 Encam

inamiento en

Internet�RIP

�OSPF

�BGP

�4.7 Encam

inamiento por

Broadcast y multicast

alg

orit. d

e

encam

inam

iento

tab

la lo

ca

l de

forw

ard

ing

valo

r cabecera

enla

ce s

alid

a

01

00

01

01

0111

10

01

3221

Interacción entre routing y forwarding

Capa de red

4-86

123

0111

Valo

r en la

cabecera

del p

aquete

u

yx

wv

z2

21

31

1

2 53

5

Gra

fo: G

= (N

,E)

Abstracción gráfica

Capa de red

4-87

yx

1G

rafo

: G =

(N,E

)

N =

conju

nto

de e

ncam

inadore

s =

{ u, v, w

, x, y, z

}

E =

conju

nto

de e

nla

ces =

{ (u,v

), (u,x

), (v,x), (v,w

), (x,w

), (x,y

), (w,y

), (w,z

), (y,z) }

Observación: La abstracción com

o grafo es útil en otros contextos de redesEjem

plo: P2P, donde N es el conjunto de com

pañeros (peers) y E es el conjuntode las conexiones T

CP

Grafos: análisis de costos

u

yx

wv

z2

21

31

1

2 53

5•c(x,x’) = costo del enlace (x,x’)

-e.g., c(w

,z) = 5

•el costo podría ser 1, o

Estar relacionado al ancho de banda o con la congestión

Capa de red

4-88

yx

1ancho de banda o con la congestión

Costo del camino (x

1 , x2 , x

3 ,…, x

p ) = c(x1 ,x

2 ) + c(x2 ,x

3 ) + … + c(x

p-1 ,xp )

Análisis: ¿Cuál es el cam

ino con menor costo entre u y z ?

�La respuesta nos la da un algoritm

o de enrutamiento.

�Algoritm

o que encuentra los caminos de m

enor costo

Clasificación de los algoritmos de

enrutamiento

Con información global o

descentralizadaGlobal:

�Todos los encam

inadores contienen la topología com

pleta (información

de costo de cada enlace)�

Algoritm

os de “estado del enlace”

Estáticos o dinámicos

Estáticos:�Las rutas cam

bian muy

lentamente en el tiem

poDinám

icos:�Las rutas cam

bian más

Capa de red

4-89

�Algoritm

os de “estado del enlace”

Decentralizado:

�El encam

inador tiene conciencia de los encam

inadores a los que está conectado físicam

ente (vecinos, conoce el costo del enlace a ellos).

�Existe un proceso iterativo de intercam

bio de información con los

vecinos�

Algoritm

os de “vector distancia”

�Las rutas cam

bian más

rápidamente

�Actualizaciones

periódicas�Vienen en respuesta a cam

bios en costos de los enlaces

4. Capa de Red

�4. 1 Introducción

�4.2 Circuito virtual y redes de datagram

as�4.3 ¿qué hay dentro de un encam

inador?�4.4 IP: Internet Protocol

�4.5 algoritm

os de encam

inamiento

�Estado del enlace

�Vector distancia

�Encam

inamiento jerárquico

�4.6 Encam

inamiento en

Capa de red

4-90

�4.4 IP: Internet Protocol�Form

ato del datagrama

�Direccionam

iento IPv4 �ICM

P�IPv6

�4.6 Encam

inamiento en

Internet�RIP

�OSPF

�BGP

�4.7 Encam

inamiento por

Broadcast y multicast

Demo:http://w

ww.youtube.com

/watch?v=_X

H0VgoD

5lQ&feature=related

Un algortim

o de estado del enlace

Algoritm

o de Dijkstra

�Se conoce la topología de la

red y el costo de todos los enlaces�

Conseguida vía broadcast del estado del enlace

Notación:

�c(x

,y):el costo del enlace

del nodo xal y; = ∞

si no son vecinos directos

�D

(v):Valor, en la iteración

actual, del menor costo del

camino desde el nodo C

apa de red

4-91

estado del enlace�

Todos los nodos tienen la mism

a información

�Se calcula el m

enor costo de un cam

ino de un nodo (origen) a todos los dem

ás.�

Proporciona la tabla de retransm

isiónpara ese nodo.

�Iterativo: después de k iteraciones, conoce el menor costo a k destinos

camino desde el nodo

origen al destino v�

p(v

): nodo predecesor en el cam

ino del origen hacia v�

N':conjunto de nodos para

los que se conoce definitivam

ente el camino

de coste mínim

o desde el origen

Algoritm

o de Dijsktra

1 In

icia

liza

ció

n:

2 N

'= {u

} 3

for a

ll no

de

s v

4

if v a

dja

ce

nt to

u

5 th

en

D(v

) = c

(u,v

) 6

els

e D

(v) =

∞7

Capa de red

4-92

7

8 L

oo

p9

find

w n

ot in

N's

uch

tha

t D(w

) is a

min

imu

m

10

ad

d w

to N

'11

up

da

te D

(v) fo

r all v

ad

jace

nt to

w a

nd

no

t in N

': 1

2 D

(v) =

min

( D(v

), D(w

) + c

(w,v

) ) 1

3 /* n

ew

co

st to

v is

eith

er o

ld c

ost to

v o

r kn

ow

n

14

sh

orte

st p

ath

co

st to

w p

lus c

ost fro

m w

to v

*/ 1

5 u

ntil a

ll no

de

s in

N'

Algoritm

o de Dijkstra: ejem

plo

Itera

ció

n012345

N'a

ad

ad

ea

de

ba

de

bc

ad

eb

cf

D(b

), p(b

)2

, a2

, a2

, a

D(c

), p(c

)5

, a4

, d3

, e3

, e

D(d

), p(d

)1

, aD

(e), p

(e)∞

2 , d

D(f), p

(f)∞

∞

4 , e

4 , e

4 , e

Capa de red

4-93

5a

de

bcf

a

ed

cb

f2

21

31

1

2 53

5Red_D

estinoCosto, N

odo Prev

Tabla para a

b 2, ac 3, ed 1, ae 2, df 4, e

D(v): cam

ino menos costoso

desde el nodo fuente al destino en la iteración V

P(v): nodo previo (vecino a v)A lo largo del cam

ino deCoste m

ínimo desde la fuente

N´: conjunto de nodos a los que

se les conoce el camino de coste

mínim

o desde la fuente.

C(i,j): costo del enlace del nodo i al j.Si j e i no están conectados (vecinos)

entonces iniciamos con ∞

costo�menor ---

mayor �

Algoritm

o de Dijkstra: ejem

plo (2)

a

ed

cb

f

Árbol resultante para cam

inos de menor costo desde el nodo a:

Capa de red

4-94

ed

bdecf

(a,b)(a,d)

(a,d)(a,d)(a,d)

destinoenlace

Tabla de retransm

isión resultante en el nodo a:

Algoritm

o Dijkstra: análisis

Complejidad del algoritm

o: n nodos�Se verifican todos los nodos en cada iteración

�n(n+1)/2 com

paraciones: O(n2)

�Podría hacerse una im

plementación m

ás eficiente: O(nlogn), ver

heap sort Posibles casos patológicos:�Considerar que los costos no son sim

étricos c(A,B) ≠ C(B,A

)

Capa de red

4-95

�Considerar que los costos no son sim

étricos c(A,B) ≠ C(B,A

)�e.g., usam

os como m

étrica para el costo: La carga que se envía.

AD

C

B1

1+e

e0

e

11

00

AD

C

B2+e

0001+e

1

AD

C

B0

2+e

1+e1

00

AD

C

B2+e

0e01+e

1

inicialmente

… recalculanla ruta

… recalcula

… recalcula

�Se podría evitar tom

ar como m

étrica el tráfico: solución no cercana a la realidad ya que el factor que se busca dism

inuir aquí es la latencia en transferencias.�Otra opción podría ser, no calcular todos a la vez. H

acer que los routers se sincronicen a tiempos

distintos.

Ejemplo: D

origina tráfico 1 hacia A, B origina tráfico 1 hacia A

, C origina tráfico e hacia A.

4. Capa de Red

�4. 1 Introducción

�4.2 Circuito virtual y redes de datagram

as�4.3 ¿qué hay dentro de un encam

inador?�4.4 IP: Internet Protocol

�4.5 algoritm

os de encam

inamiento

�Estado del enlace

�Vector distancia

�Encam

inamiento jerárquico

�4.6 Encam

inamiento en

Capa de red

4-96

�4.4 IP: Internet Protocol�Form

ato del datagrama

�Direccionam

iento IPv4 �ICM

P�IPv6

�4.6 Encam

inamiento en

Internet�RIP

�OSPF

�BGP

�4.7 Encam

inamiento por

Broadcast y multicast

Algoritm

o de vector distancia

Ecuación de Bellman-Ford (program

ación dinámica)

Se define:

dx (y) := cam

inos con menor costo de X

a Y

Entonces

Capa de red

4-97

Entonces

dx (y) = m

inv {c(x,v) + d

v (y) }

Donde m

inv es tom

ado de todos los vecinos Vde X

.c(x,v): coste de viajar de x a v.dv (y):coste de viajar de v a y.

Bellman-Ford: ejem

plo

u

yx

wv

z2

21

31

1

2 53

5dv (z) = 5, d

x (z) = 3, dw (z) = 3

du (z) = m

in { c(u,v) + dv (z),

c(u,x) + d(z),

La ecuación B-F dice:

Usando a u

como partida:

Capa de red

4-98

yx

1c(u,x) + d

x (z),c(u,w

) + dw (z) }

= min {2 + 5,

1 + 3,5 + 3} = 4

El nodo que ofrece el mínim

o costo es el próximo

salto en el camino

➜tabla de retransmisión

Algoritm

o de vector distancia

�Dx (y)

= estimación del m

enor costo de x a y�Vector distancia: D

x= [D

x (y): y є N ]

�El N

odo x conoce el costo a cada vecino v: c(x,v)

Capa de red

4-99

c(x,v)�El N

odo x mantiene D

x= [D

x (y): y є N ]

�El N

odo x también m

antiene los vectores de distancia de sus vecinos�Para cada vecino v, x m

antiene Dv = [D

v (y): y є N ]

Algoritm

o de Vector distancia (4)Idea básica:�Cada N

odo emite a sus vecinos de m

anera periódica la estim

ación de su vector distancia. �Cuando un nodo x recibe una nueva estim

ación del VD

, actualiza su propio VD utilizando la ecuación

de BF:

Capa de red

4-100

de BF:

Dx (y) ←

minv {c(x,v) +

Dv (y)} p

ara cada nodo y ∊�

�La estim

ación del vector distancia Dx(y) tiende a

converger al menor costo actual.

DX

(Y,Z

)

dis

tan

cia

de

X a

Y, v

íaZ

co

mo

sig

sa

lto

c(X

,Z) +

min

{DZ

(Y,w

)}w

==

Algoritm

o vector distancia (5)

Iterativo, asíncrono: cada iteración en un nodo es causada por:

�Cam

bio en el costo del enlace local

�Mensaje de actualización

del VD del vecino

espera

po

r (ca

mb

io e

n e

l

co

sto

de

l en

lace

loca

l o

me

nsa

je d

el v

ecin

o)

Cada nodo:

Capa de red

4-101

del VD del vecino

Distribuido:

�Cada nodo notifica a sus vecinos sólo cuando su VD

cam

bia�Los vecinos entonces notifican a sus propios vecinos, si es necesario.

recálc

ula

estim

acio

ne

s

Si e

l VD

a c

ua

lqu

ier d

estin

o

ha

ca

mb

iad

o, e

nto

nce

s

notific

ar

a lo

s v

ecin

os

x y z

xyz

0 2 7

∞∞

∞∞∞

∞

desde

Costo a

x y z

xyz

0 2 3

desde

Costo ax y z

xyz

0 2 3

desde

Costo a

x y zcosto a

x y zCosto a

x y zCosto a

2 0 17 1 0

2 0 13 1 0

12

y

Tabla: nod

o x

Tabla: nod

o y

Dx (y)=min{c(x,y)+Dy (y),c(x,z)+Dz (y)}

=min{2+0,7+1}=2

Dx (z)=

min{c(x,y)+

Dy (z),c(x,z)+

Dz (z)}

=min{2+1

,7+0}=3

Capa de red

4-102

desdedesde

xyz

∞∞

∞∞

∞

xyz

0 2 7

desde

x y z

xyz

0 2 3

desde

x y z

xyz

0 2 3

desde

Costo ax y z

xyz

0 2 7

desde

cost to

x y z

xyz∞∞

∞71

0

costo a

∞2 0 1

∞ ∞ ∞

2 0 17 1 0

2 0 13 1 0

2 0 1

3 1 0

2 0 1

3 1 0tiempo

xz

12

7

Tabla: nod

o z

Vector distancia: cambios en el costo

del enlaceCam

bios en el costo del enlace:�El nodo detecta cam

bios en el costo del enlace

�Actualiza la inform

ación de enrutam

iento, recalcula el VD�Si el VD

cambia, notifica a vecinos

xz

14

50 y1ver tabla de costos

Capa de red

4-103

�Si el VD

cambia, notifica a vecinos

En tiempo t

0 , ydetecta el cam

bio en el costo del enlace, actualiza su VD

, e informa a sus vecinos.

En tiempo t

1 , zrecibe la actualización de y

y actualiza su tabla. Cálcula el nuevo m

enor costo a xy envía a sus vecinos su VD

.

Al tiem

po t2 , y

recibe la actualización de zy actualiza su tabla

de distancias. El menor costo de y

no cambia, por lo tanto

no envía mensaje a z.

Vector distancia: cambios en el costo

del enlace

DYX Z

X 4 6

*DYX Z

X 1 6

DYX Z

X 1 6

DYX Z

X 1 6

xz

14

y1

“Las buenas noticias viajan rápido”

Costo a

Vía

Capa de red

4-104

DZX Y

X 50 5

DZX Y

X 50 5

DZX Y

X 50 2

DZX Y

X 50 2

t0

tiempo

t1

t2

Cambios en c(X

,Y)

xz

50

*: c(y,z)=1 + c(z,y)=1 + c(y,x)=4 = 6

Vector distancia: cambios en el

costo del enlace

60

Cambios en el costo del enlace:

�Las buenas noticias viajan rápido

�Las m

alas noticias viajan despacioproblem

a: ”cuenta a infinito”�

44 iteraciones antes de que el algoritm

o se estabilice: ver tabla de costos

Capa de red

4-105

DYX Z

X 4 6

DYX Z

X 60 6

DYX Z

X 60 6

DYX Z

X 60 8

DZX Y

X 50 5

DZX Y

X 50 5

DZX Y

X 50 7

DZX Y

X 50 7

t0

tiempo

t1

t2

Cambios en c(X

,Y)

xz

14

50 y60

DYX Z

X 60 8

DZX Y

X 50 9

t3

de costos

Reversa envenenada:Si Z enruta a través de Y para llegar a X

:Z le dice a Y que su distancia a X

es infinita (así que Y no enrutará hacia X

vía Z¿Resolverá este m

étodo el problema de “la cuenta a

infinito”?Verificarlo para cuando intervienen m

ás de 2 nodos.60

Vector distancia: cambios en el

costo del enlace

Capa de red

4-106

Verificarlo para cuando intervienen más de 2 nodos.

DYX Z

X 4

∞

DYX Z

X 60

∞

DYX Z

X 60

DYX Z

X 60 51

DZX Y

X 50 5

DZX Y

X 50 5

DZX Y

X 50 61

DZX Y

X 50 61

t0

tiempo

t1

t2

Cambios en c(X

,Y)

xz

14

50 y60

DYX Z

X 60 51

DZX Y

X 50

∞

t3

∞

Comparación entre los algoritm

os de EE y VD

Complejidad del m

ensaje�

EE:con n nodos y E enlaces, resulta de O

(nE) msgs enviados

�VD

:intercambio sólo entre vecinos

�El tiem

po de convergencia varia.

Velocidad de convergencia

Robustes:¿qué pasa si un router funciona m

al?EE:

�El nodo puede publicar un costo de enlace

incorrecto�Cada nodo calcula su propia tabla, lo que le da robustes

Capa de red

4-107

Velocidad de convergencia�

EE:un algoritmo de O

(n2) requiere

de O(nE) m

sgs�

Pudiera tener oscilaciones�

VD: el tiem

po de convergencia varia�

Pudieran surgir ciclos en el ruteo.

�Resulta el problem

a de conteo a infinito

tabla, lo que le da robustesVD

:�El nodo VD

puede informar

acerca de un camino

incorrecto�Cada tabla de cada nodo es utilizada por otros •El error se propaga en la red

¿Quién gana?

4. Capa de Red

�4. 1 Introducción

�4.2 Circuito virtual y redes de datagram

as�4.3 ¿qué hay dentro de un encam

inador?�4.4 IP: Internet Protocol

�4.5 algoritm

os de encam

inamiento

�Estado del enlace

�Vector distancia

�Encam

inamiento jerárquico

�4.6 Encam

inamiento en

Capa de red

4-108

�4.4 IP: Internet Protocol�Form

ato del datagrama

�Direccionam

iento IPv4 �ICM

P�IPv6

�4.6 Encam

inamiento en

Internet�RIP

�OSPF

�BGP

�4.7 Encam

inamiento por

Broadcast y multicast

Tarea: sim

ular algoritmos EE y VD

: generar tablas de ruteo.

Encaminam

iento jerárquicoHasta ahora hem

os visto el encaminam

iento basándonos en ciertos ideales:

�Todos los encam

inadores son iguales�La red es plana

… cosa que no ocurre en la práctica

Capa de red

4-109

Escala:con 200 millones

de destinos:�Difícil de alm

acenar todos en tablas de encam

inamiento.

�El intercam

bio de tablas de encam

inamiento hundirían

los enlaces

Manejo de autonom

ía adm

inistrativa�internet = red de redes

�Cada adm

in de red pudiera querer controlar el encam

inamiento en su propia

red

… cosa que no ocurre en la práctica

Encaminam

iento jerárquico

�Estrategía:�Agrupar encam

inadores en regiones,“sistem

as autónom

os” (SA)

�Los encam

inadores en el mism

o SA ejecutan el

mism

o protocolo de encam

inamiento

Encaminador pasarela

�Enlace director a un encam

inador en otro SA

Capa de red

4-110

mism

o protocolo de encam

inamiento

�Protocolo deEncam

inamiento “intra-S

A”

�Encam

inadores en diferentes S

A pueden

ejecutar diferentes protocolos de encam

inamiento intra-S

A.

3b

1d

3a

1c2a

SA3

SA1

SA2

1a

2c2b

1b

3c

Interconexión de SAs

�La tabla de

Capa de red

4-111

1d

Intra

-AS

Ro

utin

g

alg

orith

m

Inte

r-AS

Ro

utin

g

alg

orith

m

Forw

ard

ing

table

�La tabla de retransm

isión se configura tanto para los algoritm

os de encam

inamiento intra-

e inter-SA

Inter-SA: tareas

�Supóngase que un

enrutador en SA1 recibe un

datagrama cuyo destino

esta fuera de SA1

�El enrutador debiera retransm

itir el paquete hacia uno de los enrutadores pasarela, pero ¿a cuál?

SA1 necesita:

1.Aprender cuáles destinos

son alcanzables vía SA2 y

cuáles vía SA3

2.Propagar esta inform

ación de “alcance” a todos los encam

inadores en SA1

Trabajo de un encam

inador inter-S

A

Capa de red

4-112

3b

1d

3a

1c2a

SA3

SA1

SA2

1a

2c2b

1b

3c

¿a cuál?inter-S

A

Ejemplo: Inicializando la tabla de

retransmisión en el encam

inador 1d

�Supongam

osque

SA1aprende

delprotocolo

inter-SA

quela

subredxes

alcanzabledesde

SA3

(pasarela1c)pero

nodesde

SA2.

�El

protocoloInter-S

Apropaga

lainform

aciónde

alcanceatodos

losencam

inadoresinternos.

Capa de red

4-113

alcanceatodos

losencam

inadoresinternos.

�El

encaminador

1ddeterm

inaapartir

dela

información

deencam

inamiento

Intra-SAque

suinterface

Iestá

enelcam

inode

menor

costoa1c.

�Añade

lasiguiente

entradaa

latabla

deretransm

isión(x,I).

Encaminam

iento Intra-SA e Inter-S

A

Host h2

ab

aa

CB

A.a

A.c

C.bB.a

cb

Host

Encaminam

ientoInter-A

SentreA y B

Capa de red

4-114

b a

A

Bd

cHost

h1

Encaminam

iento Intra-S

A

dentro del SA A

Encaminam

iento Intra-S

A dentro

del SA B

�Se revisarán algunos algortim

os Intra/Inter SA

más adelante.

Encaminam

iento Intra-SA e Inter-S

A

Pasarela:•Ejecuta el encam

inamiento inter-

SA con otras pasarelas

•Ejecuta el encam

inamiento intra-

SA con otros

encaminadores en su

mism

o SA

a

b

b

aa

C

A

Bd

A.a

A.c

C.bB.a

cb

c

Capa de red

4-115

encaminadores en su

mism

o SA

Encaminam

ientointer-S

A, intra-S

A en

la pasarela A.c

Nivel de red

Nivel de enlace

Nivel físico

bA

c

4. Capa de Red

�4. 1 Introducción

�4.2 Circuito virtual y redes de datagram

as�4.3 ¿qué hay dentro de un encam

inador?�4.4 IP: Internet Protocol

�4.5 algoritm

os de encam

inamiento

�Estado del enlace

�Vector distancia

�Encam

inamiento jerárquico

�4.6 Encam

inamiento en

Capa de red

4-116

�4.4 IP: Internet Protocol�Form

ato del datagrama

�Direccionam

iento IPv4 �ICM

P�IPv6

�4.6 Encam

inamiento en

Internet�RIP

�OSPF

�BGP

�4.7 Encam

inamiento por

Broadcast y multicast

Encaminam

iento Intra-SA

�También conocido com

o Interior Gatew

ay Protocols (IG

P)�Protocolos Intra-S

A más com

unes :

�RIP: Routing Inform

ation Protocol

Capa de red

4-117

�RIP: Routing Inform

ation Protocol

�OSPF: O

pen Shortest Path First

�IGRP: Interior G

ateway Routing Protocol

(Propietario de Cisco)

RIP ( Routing Information Protocol)

�Algoritm

o de vector distancia�Incluido en la distribución BS

D-UNIX en 1982

�Métrica de distancia: #

de saltos (max = 15 saltos)

Del router A

a subredes:

Capa de red

4-118

DC

BA

uv

wx

yz

Destino

saltosu 1v 2w 2

x 3y 3z 2

Del router A

a subredes:

RIP: difusión (anuncio)

�Los Vectores D

istancia son intercambiados

entre los vecinos cada 30 seg vía Mensajes

de Respuesta (también llam

ado advertisem

ent)Cada advertisem

ent puede listar hasta 25

Capa de red

4-119

�Cada advertisem

ent puede listar hasta 25 redes destino dentro del S

A

RIP: Ejemplo

wx

y

z

A

C DB

Capa de red

4-120

Destina

tion Network

Next R

outer N

um. of h

ops to dest.

wA

2y

B2

zB

7x

--

1….

….

....

CTabla de encam

inamiento en D

RIP: Ejemplo

wx

y

z

AD

B

Dest N

ext h

opsw

-1

x-

1z

C 4

….

… ...

Anuncio(A

dvertise

ment)

de A a D

Capa de red

4-121

Destina

tion Network

Next R

outer N

um. of h

ops to dest.

wA

2y

B2

zB A

7 5

x--

1….

….

....

Tabla de encam

inamiento en D

C

RIP: Falla en enlace y recuperaciónSi no se ha escuchado anuncio por m

ás de 180 seg --> el vecino/enlace se declara m

uerto�Las rutas vía ese vecino se invalidan

�Se envían nuevos anuncios al resto de vecinos

�Los vecinos en turno, envían nuevos avisos (si las tablas cam

biaron)

Capa de red

4-122

�Los vecinos en turno, envían nuevos avisos (si las tablas cam

biaron)�La inform

ación acerca de la falla se propaga rápidam

ente en toda la red�Se utilizan la técnica de “envenenam

iento en reversa” para prevenir ciclos (distancia infinita = 16 saltos)

RIP: Procesamiento de la tabla de

encaminam

iento�Las

tablasde

encaminam

ientoen

RIPson

gestionadaspor

unproceso

anive

ldeaplica

ciónllam

adoroute-d(daem

on)�Periódicam

entese

emiten

anuncios(advertinsing)

enpaquetes

UDP

Capa de red

4-123

enpaquetes

UDP

physicallink

network forw

arding(IP) table

Transprt(UDP)

routed

physicallink

network(IP)

Transprt(UDP)

routed

forwarding

table

4. Capa de Red

�4. 1 Introducción

�4.2 Circuito virtual y redes de datagram

as�4.3 ¿qué hay dentro de un encam

inador?�4.4 IP: Internet Protocol

�4.5 algoritm

os de encam

inamiento

�Estado del enlace

�Vector distancia

�Encam

inamiento jerárquico

�4.6 Encam

inamiento en

Capa de red

4-124

�4.4 IP: Internet Protocol�Form

ato del datagrama

�Direccionam

iento IPv4 �ICM

P�IPv6

�4.6 Encam

inamiento en

Internet�RIP

�OSPF

�BGP

�4.7 Encam

inamiento por

Broadcast y multicast

OSPF (O

pen Shortest Path First)

�“open”: publicam

ente disponible�Utiliza algoritm

os de Estado del Enlace(LS

)�Se disem

inan paquetes que indican el Est. del Enlace�Existe un m

apa de la topología en cada nodo�Se calcula una ruta utilizando el algoritm

os de Dijkstra

Capa de red

4-125

�Se calcula una ruta utilizando el algoritm

os de Dijkstra

�Un anuncio O

SPF lleva una entrada por cada

encaminador vecino

�Los anuncios se disem

inan por todo el SA vía

inundación�Son llevados en m

ensajes OSPF directam

ente sobre IP (en lugar de T

CP o UDP)

OSPF: características “avanzadas” (no están en RIP)

�Seguridad:todos los m

ensajes OSPF son autenticados

(para prevenir intrusiones maliciosas)

�Se perm

itenCam

inos Múltiples con el m

ismo costo

(sólo un camino en RIP)

�Por cada enlace, m

últiples métricas para m

edir los

Capa de red

4-126

�Por cada enlace, m

últiples métricas para m

edir los costos en diferentes tipos de servicios -T

OS (e.g., el

costo del enlace satelital se inicializa a “bajo” para mejor esfuerzo; “alto” para tiem

po real)�Soporte uniy m

ulticastintegrado :

�El O

SPF M

ulticast (MOSPF) utiliza la m

isma base

de datos topológica que OSPF

�OSPF

Jerárquico

en grandes dominios.

OSPF J

erárquico

Capa de red

4-127

OSPF tiene capacidad de estructurar jerárquicam

ente un sistema autónom

o. Cada sistem

a autónomo puede configurarse en áreas.

OSPF J

erárquico

�Jerarquía de dos niveles:área, backbone.�Anuncios del estado del enlace sólo en su área.

�Cada nodo tiene la topología detallada de su área; para redes en otra áreas sólo conoce direcciones específicas (cam

inos cortos). �Area bord

er route

rs (ABR):“resum

en” distancias a

Capa de red

4-128

�Area bord

er route

rs (ABR):“resum

en” distancias a redes en su propia área, lo anuncia a otros A

BR.�Backb

one route

rs:corren el encam

inamiento O

SPF

limitado al backbone.

�Bound

ary route

rs:conectan a otros S

As.

4. Capa de Red

�4. 1 Introducción

�4.2 Circuito virtual y redes de datagram

as�4.3 ¿qué hay dentro de un encam

inador?�4.4 IP: Internet Protocol

�4.5 algoritm

os de encam

inamiento

�Estado del enlace

�Vector distancia

�Encam

inamiento jerárquico

�4.6 Encam

inamiento en

Capa de red

4-129

�4.4 IP: Internet Protocol�Form

ato del datagrama

�Direccionam

iento IPv4 �ICM

P�IPv6

�4.6 Encam

inamiento en

Internet�RIP

�OSPF

�BGP

�4.7 Encam

inamiento por

Broadcast y multicast

Encaminam

iento Inter-SA en

Internet: BGP

�BGP (Border G

ateway Protocol):Estándar

de facto.

�BGP proporciona a cada S

A medios para:

1.Obtener inform

ación de ruteo de sus SAs vecinos.

2.Propagar la inform

ación de ruteo a todos los

Capa de red

4-130

2.Propagar la inform

ación de ruteo a todos los encam

inadores internos en el SA.

3.Determ

inar “buenas” rutas a subredes basándose en la inform

ación de ruteo y políticas.

�Perm

ite a una subred anunciar su existencia al resto del Internet: “Estoy aquí!”

BGP: Bases

�Pares

deencam

inadores(BG

Ppeers)

intercambian

información

deruteo

sobresem

i-permanentes

conexionesTCP:sesión

BGP

�BGPenruta

haciaredes

destinos(no

máquinas).Los

anunciosde

redvienen

condirecciones

“CIDRizadas”

(e.g.128.119.40/24).�

Básicamente

losanuncios

incluyen2atributos:elatributo

camino

(listade

todoslos

SAsen

elcam

inohacia

lared

especificada)ylaidentidad

delrouter

delpróximosalto.

�Cuando

elSA2

anunciaun

prefijode

redal

SA1,

SA2

estáprom

etiendoque

retransmitirá

cualquierdatagram

adestinado

aese

prefijo.�

SA2pueden

añadirprefijos

ensus

anuncios.

Capa de red

4-131

�SA2pueden

añadirprefijos

ensus

anuncios.

3b

1d

3a

1c2a

AS3

AS1

AS2

1a

2c2b

1b

3c

Sesión eBG

P

Sesión iBG

P

Distribución de la inform

ación de ruteo

�En la sesión eBG

P entre 3a y 1c, SA3 envía la inform

ación de ruteo de su prefijo de red a S

A1.

�1c puede entonces utilizar iBG

P para distribuir esta nueva inform

ación de ruteo del prefijo a todos los encaminadores en S

A1

�1b puede entonces reanunciar la nueva inform

ación de ruteo a SA2,

usando la sesión eBGP de 1b a 2a.

�Cuando los encam

inadores aprenden el nuevo prefijo de red, se crea una entrada para dicho prefijo en su tabla de retransm

isión.

Capa de red

4-132

3b

1d

3a

1c2a

SA3

SA1

SA2

1a

2c2b

1b

3c

eBGP session

iBGP session

Atributos del cam

ino y rutas BGP

�Al anunciar una red (prefijo), el aviso incluye

algunos atributos BGP.

�prefijo + atributos = “ruta”

�Dos atributos im

portantes:�AS-PA

TH:contiene los S

Aa en el cam

ino hacia la rede

Capa de red

4-133

�AS-PA

TH:contiene los S

Aa en el cam

ino hacia la rede destino de ese prefijo: S

A67 S

A17

�NEXT-HOP:Indica el router del próxim

o salto a lo largo del cam

ino hacia la red destino. (Pudiera haber múltiples

enlaces del actual SA al próxim

o salto del siguiente SA)

�Los routers pasarela utilizan políticas de rutado específicas para aceptar/denegar el ruteo.

BGP: selección de ruta

�Los encam

inadores pudieran aprender más

de una ruta a alguna red. Así que es su

deber seleccionar alguna de ellas.�

Pueden hacerlo usando algunas reglas de elim

inación:

Capa de red

4-134

eliminación:

1.Valor del atributo de preferencia local: política de decisión

2.El m

ás corto camino en A

S-PA

TH

3.El router m

ás cercano NEXT-HOP: hot potato

routing4.

Algunos criterios adicionales.

BGP: m

ensajes

�BGP intercam

bia mensajes utilizando T

CP.�Mensajes BG

P:�OPEN

:abre una conexión TCP a un com

pañero (peer) y autentica al em

isor.�UPDATE:anuncia un cam

ino nuevo (o quita viejos)

Capa de red

4-135

�UPDATE:anuncia un cam

ino nuevo (o quita viejos)�KEEPA

LIVE:mantiene la conexión viva en ausencia

de UPDATES; tam

bién confirma (A

CK) peticiones de O

PEN�NOTIFICA

TION:reporta errores en m

ensajes previos; tam

bién utilizado para cerrar la conexión.

BGP: políticas ruteo

Ejemplo de políticas:

A

BC

WXY

Capa de red

4-136

�A,B,C son redes troncales de proveedores

�X,W,Y son redes de enlace (clientes de las redes troncales de

proveedores)�

Todo el tráfico que sale y entra a las redes de enlace sólo viene o va

desde la red de enlace (éstas no hacen de puente)�

X es una red de enlace dual-hom

ed(o multihospedada):conectada a dos

redes�X no desea rutear de B a C vía X

�.. Por tanto, X

no anunciará a B que puede rutear a C

Ejemplo de políticas:-

BGP: políticas de ruteo (2)

A

BC

WXY

Capa de red

4-137

�A anuncia a B el cam

ino AW

�B anuncia a X

el camino BA

W

�¿Debiera B anunciar a C el cam

ino BAW?

�De ninguna m

anera! B no obtiene ninguna “ganancia” en rutear CBA

W ya que W

ni C son clientes de B �B querrá forzar a C rutear hacia W

vía A�B querrá rutear sólo desde/a sus clientes!

-

¿Por qué diferentes encaminam

ientos Intra-e Inter-S

A?

Política:�Inter-A

S: el adm

in quiere controlar cómo es ruteado

su tráfico, y quién enruta a través de su red. �Intra-A

S: en este caso es una adm

inistración controlada, así que no se necesitan políticas de decisión.

Escala:

Capa de red

4-138

Escala:�El enrutado jerárquico ahorra tam

año en las tablas de ruteo y reduce tráfico de actualizaciones.

Eficiencia:�Intra-A

S: se puede enfocar en la eficiencia

�Inter-A

S: las políticas dom

inan sobre la eficiencia.

4. Capa de Red

�4. 1 Introducción

�4.2 Circuito virtual y redes de datagram

as�4.3 ¿qué hay dentro de un encam

inador?�4.4 IP: Internet Protocol

�4.5 algoritm

os de encam

inamiento

�Estado del enlace

�Vector distancia

�Encam

inamiento jerárquico

�4.6 Encam

inamiento en

Capa de red

4-139

�4.4 IP: Internet Protocol�Form

ato del datagrama

�Direccionam

iento IPv4 �ICM

P�IPv6

�4.6 Encam

inamiento en

Internet�RIP

�OSPF

�BGP

�4.7 Encam

inamiento por

Broadcast y multicast

R1

R2

R1

R2

Cre

ació

n/tra

nsm

isió

n

du

plic

ada

duplic

ar

duplic

ar

Encaminam

iento Broadcast�Se trata de em

itir paquetes desde una fuente a todos los nodos�Hacerlo m

ediante repeticiones en la fuente es ineficiente:

Capa de red

4-140

R2

R3R4

Duplic

ar e

n

la fu

ente

R2

R3R4

Duplic

ar

en la

red

�Si se generan las repeticiones en la fuente:

¿cómo la fuente determ

inaría la dirección del recipiente?

Duplicar en la red

�Técnicas de inundación: cuando un nodo recibe un

paquete de broadcast, emite una copia a todos los

vecinos�Problem

as: ciclos & tormentas de broadcast

�Inundación controlada: los nodos sólo hacen el broadcast si no le han hecho broadcast a ese paquete antes.

Capa de red

4-141

broadcast si no le han hecho broadcast a ese paquete antes. �El nodo m

antiene pista del identificador del paquete emitido en broadcast

�O utiliza el reverse path forw

arding (RPF): sólo retransm

ite el paquete si éste llegó por el camino m

ás corto entre el nodo y la fuente

�Spanning tree (árbol de expansión)�No se reciben paquetes redundantes de cualquier otro

nodo.

AA

Árbol de expansión

�Prim

ero se construye el árbol de expansión�Los nodos sólo retransm

iten copias a través del árbol de expansión

Capa de red

4-142

A

B

G

DE

c

F

A

B

G

DE

c

F

(a) Bro

adcast in

iciado

en A

(b) B

road

cast iniciad

o en

D

Árbol de expansión: Creación

�Usando un nodo central

�Cada nodo em

ite mensajes unicast al nodo central

para unirse.�El m

ensaje es retransmitido hasta que llega a un nodo que

ya pertenece al árbol de expansión o llegue al centro.

Capa de red

4-143

A

B

G

DE

c

F1

2

3

4

5

(a)C

on

strucció

n p

aso a

paso

del árb

ol d

e exp

ansió

n

A

B

G

DE

c

F

(b) Á

rbo

l de exp

ansió

n

con

struid

o

Multicast Routing: D

efinición del problema

�Objetivo:

encontrar un árbol (o árboles) que conecten routers en los cuales existen m

iembros (grupos de

hosts) que pertenecen a un grupo mcast

�árbol:no todos los cam

inos entre los routers son utilizados.�Basado en la fuente:diferente árbol desde cada em

isor al receptor�Árbol com

partido:el mism

o árbol utilizado por todos los miem

bros del grupo.del grupo.

Árbol com

partidoÁrbol basado en la fuente

Técnicas para construir árboles

mcast

�Árbol basado en la fuente: un árbol por

fuente�Árboles de cam

ino más corto

�Se basa en el RPF(reverse path forw

arding)Árbol de grupo com

partido:el grupo utiliza �Árbol de grupo com

partido:el grupo utiliza un árbol�De m

ínima expansión (S

teiner) �Árboles basados en el centro

…prim

ero se verán técnicas básicas, para después ver protocolos específicos que adoptan dichas técnicas.

Árbol de cam

ino más corto

�Árbol de retransm

isión mcast: el árbol del cam

ino más corto enruta desde la fuente a todos los

destinos�Algoritm

o de Dijkstra

S: fuente

R1

R2

R3

R4

R5

R6R7

21

6

34

5

i

router que contiene algún miem

bro de un grupo

router sin miem

bros de grupos

Enlace utilizado para retransmitir,

i indica el orden del enlace añadido por el algoritm

o

S: fuente

RPF: Reverse Path Forwarding

�Se basa en el conocim

iento que los routers tienen del cam

ino más corto del router al

emisor

�Cada router tiene un com

portamiento de

if (datagrama m

cast recibido por el enlace de entrada que da al cam

ino más corto de vuelta al centro)

theninunda el datagram

a sobre todos los enlaces de salidaelse

ignora datagram

�Cada router tiene un com

portamiento de

retransmisión sim

ple:

RPF: ejemplo

R1

R2

R4

R5Datagram

as que se retransm

itirán

S: fuente

Datagram

as que no se

router que contiene algún miem

bro de un grupo

router sin miem

bros de grupos

•Pudiera ser una m

ala elección con enlaces asim

étricos

R3

R5

R6R7

Datagram

as que no seretransm

itirán

RPF: poda�El árbol de retransm

isión contiene subárboles que no tienen miem

bros de ningún grupo mcast

�En ese caso no se necesita retransm

itir datagramas cuesta

abajo del árbol�Mensajes de “poda” se envían cuesta arriba por parte del

router que no contiene miem

bros de ningún grupo

R1

R2

R3

R4

R5

R6R7

Mensajes de poda

S: fuente

Enlaces con retransmisión m

cast

P

P

P

router que contiene algún miem

bro de un grupo

router sin miem

bros de grupos

Árbol com

partido: Árbol de S

teiner

�Árbol

deSteiner:

encuentrael

árbolde

costomínim

oque

conectaatodos

losrouters

quecontienen

gruposmcast

adjuntos�Elproblem

aesNP-Com

pleto�Existen

buenasheurísticas

queayudan

aresolverlo

�Existen

buenasheurísticas

queayudan

aresolverlo

�Noesutilizado

enlapráctica:

�Com

plejidadcom

putacional�Es

necesarioconocer

lainform

aciónde

todalared

�monolítico:

sevuelve

acorrer

cadavez

queun

routernecesite

unirseosalirse

Árboles basados en un centro

�Se crea un solo árbol de difusión que es

compartido por todos.

�Se identifica un router com

o “centro” del árbol.árbol.

�Para unirse:�Routers en los bordes em

iten mensajes solicitando unirse al

router en el centro.�Los m

ensajes de solicitud para unirse son procesados por routers interm

ediarios y retransmitidos hacia el router en el

centro�Los m

ensajes de solicitud para unirse pueden llegar a un router que sea ram

a del árbol o llegar hasta el router del centro�El cam

ino tomado por los m

ensajes para unirse se convertirá en una nueva ram

a del árbol

Árboles basados en un centro :

ejemplo

Suponem

os que el router R6 es elegido como

centro:

R1R4

3

router que contiene algún miem

bro de un grupo

R2

R3

R4

R5

R6R7

21

3

1

miem

bro de un grupo

router sin miem

bros de grupos

Orden en que los m

ensajes para unirse al grupo se generaron

Multidifusión en Internet: D

VMRP

�DVM

RP:Distance Vector M

ulticast Routing Protocol, RFC1075

�Inundación y poda:

utiliza reverse path forw

arding, y árboles basados en un centroforw

arding, y árboles basados en un centro�Árboles RPF basados en tablas de

encaminam

iento propias de DVM

RP construidas por routers que se com

unican con D

VMRP

�No se hacen asunciones acerca del unicast subyacente

�Se inunda con un datagram

a inicial a los grupos mcast a

cualquier parte vía RPF�Los routers que no contienen m

iembros de grupos envían

mensajes de poda cuesta arriba

DVM

RP.…�Maneja

soft state:el router DVM

RP periódicamente

(1 min.) “olvida” que algunas ram

as han sido podadas: �Envía m

ensajes mcast de nueva cuenta flujo abajo en ram

as que no están podadas

�Los routers cuesta abajo: repodan o continúan recibiendo datos

Los routers pueden rápidamente reinjertarse en el

�Los routers pueden rápidam

ente reinjertarse en el árbol�Siguiendo una unión IG

MP en la hojas

�Com

entarios adicionales�Com

únmente im

plementado en routers com

erciales�El encam

inamiento hecho para el proyecto M

bone utilizó DVM

RP

Tunneling

P:¿Cóm

o se conectan “islas” de routers multicast en un “oceano” de routers unicast?

�Los datagram

as mcast se encapsulan dentro de datagram

as “norm

ales” (que no utilizan direcciones del tipo multicast)

�Los datagram

as IP normales son enviados a través de un

“tunel” vía IP unicast hacia routers mcast receptores

�Los routers m

cast receptores desencapsulan esos datagramas

y los convierten en mcast

Topología física

Topología lógica

PIM: Protocol Independent M

ulticast

�Es un protocolo que no depende de ningún algoritm

o de encam

inamiento subyacente (trabaja con todos)

�Se presentan dos diferentes escenarios de distribución

multicast:

Denso:

Escaso:Denso:

�Los m

iembros del grupo

multidifusión se encuentran

ubicados densamente; es decir,

muchos (sino la m

ayoría) de los routers en el área deben de estar involucrados en el rutado de los datagram

as multidifusión.

Se encuentran con una

proximidad “cercana”.

�El ancho de banda es pleno

Escaso:�

El número de routers con m

iembros

directamente enlazados del grupo es

pequeño con respecto al total.�

Los miem

bros se encuentran ampliam

ente dispersos

�No se tiene suficiente ancho de banda

Consecuencias de la dicotomía denso/escaso:

Denso

�Asum

e técnica de camino

inverso (RPF) y poda, sim

ilar en espíritu a DVM

RP.

Escaso:�No se asum

e membresía

hasta su explícita solicitud de unión

�Aproxim

ación basada en DVM

RP. �Se asum

en routers en el árbol hasta su explícita poda.

�Aproxim

ación basada en árbol con un centro.

�Uso del ancho de banda y

el procesamiento con

routers que no son miem

bros es conservativo

PIM-Modo D

enso

Inundación y poda RPF, similar a D

VMRP

pero�El protocolo unicast subyacente provee inform

ación RPF para los datagramas de entrada

Menos com

plicada (menos eficiente) inundación

�Menos com

plicada (menos eficiente) inundación

con flujo cuesta abajo que DVM

RP reduciendo dependencia de algortim

os de ruteo subyacente�Tiene m

ecanismos del protocolo para detectar si

es un router hoja

PIM –Modo escaso

�Técnica basada en un

centro�Los routers envían mensajes de petición de

unión hacia un punto de encuentro�Routers interm

edios

R1

R2

R4

join

join

�Routers interm

edios actualizan el estado y retransm

iten el mensaje

de solicitud de unión�Después de unirse vía el

punto de encuentro, el router puede cam

biar a técnica específica de árbol�Increm

ento en la eficiencia: m

enos concentración, cam

inos más cortos

R2

R3

R5

R6R7

join

join

Todos los datos

multidifundidos

desde el punto de encuentro

Punto de encuentro

PIM –Modo escaso

emisor(es):

�Envían datos vía únicas al punto de encuentro, el cual distribuye cuesta abajo en un árbol cuya raíz es el punto de encuentroEl punto de encuentro

R1

R2

R4

join

join

�El punto de encuentro puede extender el árbol mcast flujo arriba hasta la

fuente�El punto de encuentro puede enviar m

ensajes de stop

si no se perciben receptores enlazados�“nadie está escuchando!”

R2

R3

R5

R6R7

join

join

Todos los datos

multidifundidos

desde el punto de encuentro

Punto de encuentro

CAPA DE RED

CAPA DE RED

Servicio ofrecido

Sin conexiones, orientado a conexiones

ProtocolosIP, IPX

, CLNP, A

ppleTalk, D

ECnet, etc.

Direccionam

ientoPlano (802), J

erárquico (IP)

Multitransm

isiónPresente o ausente (tam

bién muiltitransm

isión)

Tamaño de paquete

Cada red tiene su propio máxim

o

Capa de red

4-161

Calidad del servicioPuede estar presente o ausente; m

uchos tipos diferentes

Manejo de errores

Entrega confiable, ordenada y desordenada

Control de flujoVentana corrediza, control de tasa, otros o ninguno

Control de congestionam

ientoCubeta con goteo, paquetes de estrangulam

iento

Seguridad

Reglas de confidencialidad, cifrado, etc.

Parámetros

Diferentes term

inaciones de tiempos, especificaciones de

flujo, etc.

ContabildadPor tiem

po de conexión, por paquete, por byte, o sin ella